电机拖动第7章 三相异步电机的电力拖动

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1、 对三相异步电动机起动过程的要求：对三相异步电动机起动过程的要求： u 要足够大要足够大 ; ;u 不能太大，以避免因起动造成对电网的冲击；不能太大，以避免因起动造成对电网的冲击；u 起动时间起动时间 要尽量短；要尽量短；u 经济性经济性: : 起动设备简单，起动过程中能量消耗低。起动设备简单，起动过程中能量消耗低。stTstIstt起动时， ， ，于是有：0n1s2212211)()(xxrrUIst（7-1）)()(222122122111xxrrrUfpmTst（7-2） 由上式可见,若直接起动，则会产生较大的起动电流，而起动转矩却不会太大。通常起动电流 ，而起动转矩 。NstII)74

2、(NstTT)2 . 18 . 0( 为了能够在减小起动电流的同时确保起动转矩，必须采取一些列起动措施。下面分别针对各种起动方法作一介绍。A、三相鼠笼式异步电动机的直接起动、三相鼠笼式异步电动机的直接起动 对于 的异步电动机可以直接起动。对于额定功率超过 的异步电动机，可以根据下式来确定是否可以直接起动。kW5 . 7kWPN5 . 7若下列条件满足：)341kWkVAIINst起动电动机容量（电源总容量（7-3）则电动机可以采用直接起动。B、三相鼠笼式异步电动机的降压起动、三相鼠笼式异步电动机的降压起动 a、定子串电阻（或电抗）的降压起动、定子串电阻（或电抗）的降压起动 定子绕组串电阻或电抗

3、相当于降低定子绕组的外加电压，可以达到减小起动电流的目的。但考虑到起动转矩与定子电压的平方成正比，起动转矩会降低更多，因此，这种起动方法仅适用于轻载起动、且容量较小的电机。b、自耦变压器的降压起动、自耦变压器的降压起动 图7.1 自耦变压器的降压起动图7.2给出了降压起动时自耦变压器一相的电路原理图。 图7.2 自耦变压器降压起动时的一相电路与额定电压直接起动相比，降压起动时定子绕组的电压降为 ，于是有： xU121NNUUIINxstx（7-4）其中， 为定子电压 时的起动电流； 为定子电压 时的起动电流； xIxUstINU1忽略激磁电流，由变压器的磁势平衡方程式得：xININ211（7-

4、5）将式（7-5）代入（7-4）得：stINNI2121)(（7-6）式中， 为起动时电网侧的电流。1I 考虑到起动转矩正比于定子绕组外加电压的平方，因此，降压前、后起动转矩的比值为：21221)()(NNUUTTNxstx即：stxTNNT212)(（7-7）结论：结论： 与直接起动相比较，采用自耦变压器降压起动时，电压与直接起动相比较，采用自耦变压器降压起动时，电压减低减低 倍，则起动电流和起动转矩均降低倍，则起动电流和起动转矩均降低 倍。倍。 12/ NN212)/(NNc c、星、星- -三角（三角（ ）降压起动）降压起动 /Y概念概念: : 对于正常运行采用对于正常运行采用 形联结的

5、三相鼠笼式异步电动机，起动时形联结的三相鼠笼式异步电动机，起动时可改接成可改接成 形联结，则定子每相电压可降为电源电压的形联结，则定子每相电压可降为电源电压的 ，从，从而实现降压起动，这种方法被称为而实现降压起动，这种方法被称为 起动。起动。 Y3/1/Y图7.3 起动时的电流和电压之间的关系 当采用 接直接起动时，每相绕组的电压即电网线电压。设此时定子每相绕组的起动电流为 ，则线电流为 ；若采用 接法，由于每相绕组的电压降为电网线电压的 ，相应的相电流也必然降为 接时的 ，于是： 起动时，三相定子绕组接成 接，降压起动。一旦转子达到一定转速后，三相定子绕组恢复 接，进入正常运行状态。YIII

6、s3Y)3/1 ()3/1 (IIIYsY)31(因此，有：3133/IIIIssY（7-8）结论：结论： 采用采用 降压起动时，电网所承担的起动电流和起动转降压起动时，电网所承担的起动电流和起动转矩均为直接起动时的矩均为直接起动时的 。 /Y3/1 考虑到起动转矩正比于电压平方， 因此 降压起动时的起动转矩仅为 接直接起动的 。3/1/Y很显然， 降压起动相当于自耦变压器降压起动抽头为 的情况。/Y)3/1 (C、三相鼠笼式异步电动机的软起动、三相鼠笼式异步电动机的软起动 传统降压起动方法的不足：传统降压起动方法的不足： 传统降压起动要求：在转子升至一定转速时均需切换至全压正传统降压起动要求

7、：在转子升至一定转速时均需切换至全压正常运行，切换时刻把握不好不仅会造成起动过程的不平滑，而且也常运行，切换时刻把握不好不仅会造成起动过程的不平滑，而且也会引起起动过程中的两次电流冲击会引起起动过程中的两次电流冲击（见图7.4）。图7.4 异步电动机各种起动方法下的电流波形解决方案：解决方案： 采用变频器的起动方案；采用变频器的起动方案； 采用软起动器（采用软起动器（Soft StarterSoft Starter）的起动方案。）的起动方案。这里仅介绍软起动方案。鉴于软起动方案很多，这里仅以电子式软起动器电子式软起动器为例加以说明。 图7.5 异步电动机软起动器的组成框图工作原理：工作原理：

8、在起动过程中，通过控制移相角在起动过程中，通过控制移相角 来调节定子电压，并采用系来调节定子电压，并采用系统闭环限制起动电流，确保起动过程中的定子电流、电压或转矩按统闭环限制起动电流，确保起动过程中的定子电流、电压或转矩按预定函数关系（或目标函数）变化，直至起动过程结束。然后将软预定函数关系（或目标函数）变化，直至起动过程结束。然后将软起动器切除，使得电动机与电源直接相连。起动器切除，使得电动机与电源直接相连。 电子式软起动器的设定曲线（或目标函数）主要采用的几种形式：电子式软起动器的设定曲线（或目标函数）主要采用的几种形式： n 斜坡电压起动；斜坡电压起动；n 斜坡电流起动；斜坡电流起动；n

9、 阶跃起动；阶跃起动；n 脉冲冲击起动。脉冲冲击起动。D、高起动性能的特殊鼠笼式异步电动机、高起动性能的特殊鼠笼式异步电动机基本思想：基本思想： 通过适当增大起动时转子导条的电阻，达到既降低起通过适当增大起动时转子导条的电阻，达到既降低起动电流又提高起动转矩的目的。动电流又提高起动转矩的目的。 具体措施如下： a a、直接增大转子电阻的鼠笼式异步电动机、直接增大转子电阻的鼠笼式异步电动机 为了增大转子电阻，转子导条不是采用纯铝，而是改用电阻率较高的铝合金浇注，由于其正常运行时的转差率比一般鼠笼式异步电动机高，故又称为高转差率鼠笼异步电动高转差率鼠笼异步电动机机。b b、深槽式鼠笼式异步电动机、

10、深槽式鼠笼式异步电动机 深槽式异步电动机的转子采用深而窄的槽形，如图7.6所示。图7.6 深槽式鼠笼异步电动机的转子导条及电流分布基本思想：基本思想： 利用集肤效应，使得起动时转子感应电流的频率较高（利用集肤效应，使得起动时转子感应电流的频率较高（ ），），电流主要集中在槽口处，导致转子电阻加大，从而限制了起动电流，电流主要集中在槽口处，导致转子电阻加大，从而限制了起动电流，并且增大了起动转矩的目的。而正常运行时，由于转子频率较低并且增大了起动转矩的目的。而正常运行时，由于转子频率较低（ ），集肤效应基本消失，则转子电阻恢复，从而确），集肤效应基本消失，则转子电阻恢复，从而确保了正常运行时异步

11、电动机的效率。保了正常运行时异步电动机的效率。 12ff Hzf) 31 (2c c、双鼠笼式异步电动机、双鼠笼式异步电动机 转子绕组采用上、下鼠笼式结构，如图7.7所示。上笼采用电阻率较大的材料如黄铜，且截面积较小；下笼采用电阻率较小的材料如紫铜，且截面积较大。利用集肤效应，确保起动时，因转子频率较高，使得转子电流主要集中在电阻较大的上笼（或起动笼起动笼）；正常运行时，转子频率较低，转子电流主要集中在电阻较小的下笼（或运行笼运行笼）。E、三相绕线式异步电动机的起动、三相绕线式异步电动机的起动 三相绕线式异步电动机的转子绕组可以通过电刷和滑环外串三相对称电阻（见图7.8），达到降低起动电流并同